Ontologias
Profa. Lillian Alvares
Faculdade de Ciência da Informação, Universidade de Brasília
Origem

Teoria sobre a natureza da existência

Ramo da filosofia que lida com a natureza e organização da
realidade.

Ciência do ser, Aristóteles

Tenta responder as questões:

O que é ser ?

Quais as características comuns a todos os seres?
Conceitos

Ontologia é disciplina que lida com a natureza e a organização
da realidade

Uma ontologia é uma especificação explícita e formal de uma
conceitualização compartilhada
Conceito

Em computação: uma especificação formal compartilhada de
uma conceituação
Conceitos

Uma "conceitualização" refere-se a um modelo abstrato de
algum fenômeno no mundo que identifica conceitos relevantes
daquele fenômeno.

"Explícito" significa que os tipos de conceitos usados e as
restrições a esses conceitos estão definidas explicitamente.

"Formal" refere-se ao fato de que a ontologia deve ser legível
para as máquinas. Com isso, diferentes graus de formalidade
são possíveis.
Conceito

Diferencia-se das classificações, taxonomias e tesauros porque
agregam valor aos demais esquemas de representação, por
meio de uma semântica mais profunda e também sob os
aspectos conceitual, relacional e tecnológico.
Definição

Especificação formal explícita de uma conceituação
compartilhada

Conceituação: modelo das entidades, relações, axiomas e
regras de algum domínio.

Formal:


Processável por máquina

Permitindo raciocínio automático

Com semântica lógica formal
Compartilhada: por uma comunidade, permitindo
entendimento.
Componentes básicos de ontologias
Comunicação
InterOperabilidade
Engenharia de
Sistemas
Reutilização
Entre Pessoas
e
Organizações
Entre
Sistemas
Confiabilidade
Especificação

Classes organizadas em uma taxonomia;

Relações de vários tipos entre os conceitos;

Axiomas usados para modelar sentenças sempre
verdadeiras;

Instâncias usadas para representar elementos específicos
que são os dados.
Problemas

Diferentes conceitos, estruturas e métodos


comunicação pobre entre pessoas e organizações.
Sistemas de TI

dificuldade de identificar os requisitos e consequentemente de definir uma
especificação.

Linguagens, paradigmas e ferramentas limitam

inter-operabilidade

potencial de reuso e compartilhamento
Soluções

Comunicação e inter-operabilidade

Entendimento compartilhado

Framework unificador (unifying framework)

Conceitualização (entidades, atributos, processos)

Benefícios para a construção de sistemas

Reuso

Confiabilidade

Especificação
Aplicações
Aplicações

Cenários para aplicação de ontologias
1.
Autoria Neutra
2.
Ontologia como especificação
3.
Acesso comum para a informação
4.
Busca baseada em ontologia
5.
Reutilização do conhecimento
Aplicações
1 - Autoria Neutra

Ontologia criada em uma linguagem pode ser usada em
múltiplos sistemas, independente de aplicação.

Ex.: Ontologia criada na linguagem neutra (Ontolingua) pode
ser traduzida em outras linguagens e utilizada em várias
aplicações.
Aplicações
2 - Ontologia como especificação

Ontologia modela a aplicação de um domínio;

produz um vocabulário para especificar os requisitos para uma ou mais
aplicações;

documentação;

confiabilidade;

Ex.: Ontologia como parte da especificação de requisitos no
desenvolvimento de um SBC (KBS).
Aplicações
3 - Acesso comum para a informação

Múltiplas aplicações terem acesso a fontes de informações
heterogêneas;

inter-operabilidade;

reuso do conhecimento.

Ex.: Um glossário de termos com diferentes jargões.
Aplicações
4 - Busca baseada em ontologia

Uso da ontologia para buscar em uma base de informações os
recursos (docs., web pages) desejados.

melhora na precisão da busca;

redução do tempo total gasto na busca.

Ex.: tanque
 tanque
para lavar roupa ou tanque de guerra?
Aplicações
4 - Busca baseada em ontologia

Quando não é encontrada uma resposta perfeita a consulta, a
estrutura semântica da ontologia capacita o sistema a retornar
respostas que são mais próximas da resposta requerida.
Elementos de uma Ontologia
Elementos de uma Ontologia

Hierarquia de conceitos

Entidades

Relações

Restrições

Regras Dedutivas

Instâncias de Conceitos
Hierarquia de Conceitos


Entidades
 Cada entidade é definida por conjunto de pares atributo-valor
 Correspondem:
 às classes dos modelos orientado a objetos
 às entidades do modelo relacional
 aos termos do modelo lógico
Relações
 sem hierarquia x em hierarquia paralela à hierarquia de entidades
 correspondem:
 às associações, agregações e atributos dos modelos OO cujos valores
são objetos
 às relações do modelo relacional
 aos predicados do modelo lógico
Restrições

Sobre valores possíveis dos atributos dos conceitos

Correspondem:

às assinaturas de classes

aos axiomas universalmente quantificados em modelos
lógicos

às restrições de integridade nos esquema de BD
Regras Dedutivas

Sobre atributos de conceitos

Permitem inferência automática da existência de instâncias de
conceitos a partir da existência de outras instâncias

Correspondem:

às regras dos sistemas especialistas e programação em lógica

aos métodos

às visões em BD
Instâncias de Conceitos

Definição de entidades e relações específicas (indivíduos)

Correspondem:

aos fatos de sistemas especialistas e programação em lógica

aos objetos

aos dados das BD
Elementos Gerais
Objetivos


Para compartilhar conhecimento comum sobre a estrutura da informação:

Entre pessoas

Entre agentes de software
Para permitir a reutilização do conhecimento sobre um domínio:

Para evitar a “reinvenção da roda”

Para introduzir padrões que permitam a interoperabilidade entre
aplicações
Onde Aplicar

Recuperação de informações,

Bibliotecas digitais,

Web semântica,

Gestão de conhecimento,

Processamento da linguagem natural,

Comércio eletrônico,

Sistemas multiagentes...
Tipologia das Ontologias

Especialista: modela um domínio particular restrito

Geral:

modela o conhecimento de senso comum compartilhado por
todos os seres humanos.

parte de mais alto nível, reutilizável em vários domínios.

Conceitual: fundamentada na capacidade de raciocinar.

Lingüística: fundamentada no vocabulário de alguma(s) língua(s).

De Meta-Dados: “especializada” na descrição de recursos on-line
sobre qualquer domínio

De Tarefas e Métodos: modela procedimentos e comportamentos
abstratos no lugar de entidades ou relações
Tipologia das Ontologias
Ontologias Gerais: Categorias


Também chamadas de classes, relações, tipos ...

Conjuntos de objetos com propriedades comuns

Organiza e simplifica a base de conhecimento.
Exemplos de simplificação:

Gato é um mamífero - instânciação/classificação

Todo mamífero bebe leite - herança de atributos
Ontologias Gerais: Categorias

Taxonomia:

Tipo particular de ontologia:


relações hierárquicas entre classe e sub-classes em forma
de árvores
Propriedades discriminantes

ex. biologia sistemática
Ontologias Genéricas
Representam

Medidas

Valores atribuídos às propriedades dos objetos do mundo real:
peso, comprimento, altura, etc...

Objetos compostos


formados por partes que também são objetos: relação “parte-de”.
Mudanças com eventos

Cálculo de eventos: um fato é verdade em um intervalo de tempo.
Representam
Medidas

Valores atribuídos aos objetos do mundo real: servem para
descrever objetos


Medidas quantitativas são fáceis de representar


ex. peso, comprimento, altura, diâmetro, ...
ex. Tamanho(L1) = Polegadas(1,5) = Centímetros (3,81)
Medidas qualitativas são mais complicadas

ex. beleza de um poema, dificuldade de um exercício

O importante é ordenar:
Representam
Objetos Compostos

Objetos formados por partes que também são objetos:

São caracterizados pela estrutura dos objetos que os compõem

Ex. massa de um carro é a soma das massas de suas partes
(carroceria, motor, pneu, ...)

Para representá-los, emprega-se a relação ParteDe:

Ex. ParteDe(motor, Carro), ParteDe(pneu, Carro)
Representam
Objetos Compostos

ParteDe também serve para descrever estrutura de eventos: Script ou Schema.


ex. comer no restaurante
Quando se está interessado apenas nas características do conjunto: BunchOf

ex. peso do saco de Maçãs

BunchOf(Maçãs) define um objeto composto formado pelas Maçãs do saco.
Representam
Mudanças com Eventos


Cálculo de situações:

Adequado quando temos um único agente realizando ações discretas e instantâneas (uma ação
por situação).

Inadequado quando:

existem vários agentes no mundo.

o mundo pode mudar espontaneamente.

mudanças ocorrem continuamente.
Cálculo de eventos:

Versão contínua do calculo de situações

No cálculo de situações, um fato é verdade em uma situação

No cálculo de eventos, uma coisa é verdade num intervalo de tempo

ex. SubEvento(BatalhaDaNormandia,SegundaGuerraMundial)
SubEvento(SegundaGuerraMundial, SéculoXX)
Herança entre Classes
Herança entre Classes

As classes normalmente constituem uma hierarquia
taxonômica.

Uma hierarquia de classes é uma hierarquia É_UM.

Uma instância de uma subclasse é uma instância de uma
superclasse.

Se a classe for pensada como um conjunto de elementos, uma
subclasse é um subconjunto.
Exemplos de Herança entre Classes

Maçã é uma subclasse de Fruta:


Vinho Tinto é uma subclasse de Vinho:


Toda maçã é uma fruta.
Todo vinho tinto é um vinho.
Chianti é uma subclasse de Vinho Tinto:

Todo Chianti é um vinho tinto.
Níveis na Hierarquia de Classes
Nível
Superior
Nível
Intermediário
Nível
Inferior